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塑料三点弯曲试验二三问——ISO 178:2019 回答您(下篇)

更新时间:2023-04-20浏览:1496次

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弯曲模量差异分析


关于塑料弯曲试验,我们上期就弯曲强度问题进行了解析,原文可点此链接阅读。本文将和大家一起探讨以下2项弯曲模量相关的问题。




✔  为什么我的模量结果和别人的差那么大?

✔  弯曲模量必须用挠度计吗?


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针对弯曲模量,我们也先从它的定义出发。弯曲模量和应力与应变相关。应力相关的因素在弯曲强度一篇中已经说明,不再赘述。本文列出其他几个主要因素,即应变源,预应力和模量计算。

 应变源  

挠度的应变源有3种,横梁位移,横梁位移经柔量修正后的修正位移,以及直接的应变测量装置。试验系统柔量有多种不同的来源,如工装的变形和锁紧间隙,传感器变形,横梁变形等。当测定弯曲模量时,挠度的精确测量显得尤为重要。ISO 178:2019 根据测试结果的精密度和正确度的要求,定义了不同类型的挠度测量及相应的精度要求。如表1所示,与弯曲模量相关的有III型和IV型。


III型的应用

如果您的测试结果只是用于企业内部比较的质量控制,那么III型具有良好的精密度而不是绝对的准确度的模量结果就足够了。这时候使用柔量修正后的横梁位移,且挠度测量精度满足ISO 9513 2级即可。



IV型的应用

如果要进行不同实验室之间结果比较,就需要采用IV型,即模量结果符合准确度(正确度和精密度)要求。这种情况下,则要求采用直接测量方式,且挠度测量精度需满足ISO 9513 1级,从而进一步减少由于测试设置导致的误差。


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表1 测试类型和标定要求


通过以上说明,希望能够清晰解答读者对弯曲模量测定是否要使用挠度计的问题。同时,也说明不同应变源会带来模量差异。需要注意的是,并不是所有设备在进行柔量修正后都能满足ISO 9513的2级精度,也就是+/-6.8μm绝对精度(采用推荐试样尺寸)。


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图1 3400(左)和6800(右)系列 III型三点弯曲试验


Instron 3400和6800系列电子万能试验机满足最新ISO 178塑料弯曲标准中关于弯曲模量测定的横梁位移精度要求,在多数情况下,无需额外使用挠度计,这样可节省每年的标定费用,节约操作和试验准备时间,减少误操作的可能。


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(1. 视频引伸计AVE2;2. 全自动引伸计AutoX 750;3. 手动夹持式引伸计)

图2 挠度杆搭配不同类型引伸计测定IV型弯曲模量


 预应力

试验前,试样不应过分受力。但为了避免应力-应变曲线的起始部分出现弯曲,有必要施加预应力。测试模量时的预应力范围如下:

0<σf0 ≤5×10-4 Ef

其中,5×10-4 Ef对应预应变≤0.05%。

即便都在预应力范围内,在做数据对比时,也需要注意采用相同的预应力。我们来看下图3,这是同一根试样在设置不同预应力条件下,弯曲模量结果的显著变化。高粘弹性和高韧性的材料,如聚乙烯,聚丙烯或湿态聚酰胺的弯曲模量受预应力影响明显。当您做这类材料测试时,需特别注意。


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图3 不同预应力下的弯曲模量结果


 模量计算

对于模量,当您参考ISO 178:2019时,应在应力-应变曲线上ε1=0.05%和ε2=0.25%区间内采用两点法(弦模量)线性回归法(段模量)来计算,而不是杨氏模量。图4采用了4种不同的模量计算方式,您可以看到结果上的差异。


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图4 不同模量类型的计算结果


如果您在测试中也遇到了一样的问题,但无从下手,不妨跟着本文一步一步排查。

如果您有更多问题,欢迎留言,我们可以进行更多的探讨。如有不足之处,请指正。


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